专题09 压强-2022年中考物理一轮复习考点方法大突破`学案
展开专题09 压强
本专题中考考点和要求(“▲”表示该标准要求属于评价水平这一层次)
评价目标评价水平
标准要求
知识性
目标
技能性目标
体验性
目标
了解
认识
理解
独立
操作
经
历
认
同
内
化
(1)通过实验,理解压强。知道日常生活中增大和减小压强的方法。
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(2)通过实验,探究并了解液体压强与哪些因素有关。知道大气压强与人类生活的关系。了解流体的压强与流速的关系及其在生活中的应用。
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规律总结1:利用压强公式解决计算题时思维方法
1.对压强公式P=F/S的理解:
(1)压力F的大小不一定等于重力,方向也不一定是竖直向下。压力与物体表面垂直;
(2)受力面积S是指物体相互挤压的面积,与物体表面积不一定相等,可以等于或小于物体表面积,但绝对不会大于物体的表面积。
(3)在理解了压力和受力面积之后,运用压强公式计算时,F的单位是牛顿(N),受力面积S的单位要用平方米(m2),这样得到物体所受压强P的单位是帕(Pa)。
(4)在讨论压力作用效果时,应该用控制变量法来分析,即当压力F一定时,压强P与受力面积成反比;当受力面积一定时,压强P与压力成正比。如果在增大压力F的同时,减小受力面积,那么物体受到的压强是增大的;在减小压力和同时增大受力面积时,压强是减小的,对后面两点希望大家也要有清醒的认识。
(5)压强公式P=F/S既适用与固体,又适用与液体,也适用与气体。
2.利用液体压强公式求解问题时应重点关注的地方:
(1)应用的公式是P=ρgh;(2)g=9.8N/kg 有时题中为了计算简单给出g=10N/kg(3)ρ是指产生压强的液体的密度,一般给出,但对常见的液体水,其密度需记忆。ρ水=1.0×103kg/m3(4)h是指深度,表示从自由液面到计算压强的那点之间的竖直距离,即深度是由上往下量的。对以上问题理解后,各量单位统一了,代入公式计算能很好地解决实际问题。
规律总结2:解决流体压强与流速问题思路
用流体压强大小与流速关系的规律,即在流体中流速越大地方,压强越小;流速越小的地方,压强越大。
考点一:压力
1.定义:垂直作用在物体表面上的力,叫做压力。
2.方向:垂直接触面,且指向被压物体。
3.作用效果:使物体发生形变。
【例题1】(2020四川遂宁)一木箱静止于斜面,请作出木箱对斜面的压力示意图。
【答案】如图所示
【解析】木箱对斜面的压力,作用在斜面上,作用点就画在斜面上,方向是垂直斜面向下的。
以木箱和斜面的接触面的中点作为压力的作用点,画一条垂直于斜面向下的线段,标出箭头,记为F,即为压力的示意图。
考点二:压强
1.压强的物理意义:用来表示压力作用效果的物理量。
2.定义:物体单位面积上受到的压力叫压强。用字母P表示,公式:P=F/S
3.单位:帕斯卡,1Pa=1N/m2
4.增大压强的三种方法:
(1)当压力F一定时,需减小受力面积S;
(2)当受力面积S一定时,需增大压力F;
(3)在条件允许的情况下,可以同时减小受力面积S,增大压力F。
5.减小压强的三种方法:
(1)当压力F一定时,需增大受力面积S;
(2)当受力面积S一定时,需减小压力F;
(3)在条件允许的情况下,可以同时增大受力面积S,减小压力F。
【例题2】(2021四川绵阳)公交车窗户旁都配有红色的破窗锤。破窗锤的锤头顶部尖,是为了在紧急情况下乘客敲击车窗时 (选填“增大”或“减小”)压强,更容易破窗;已知锤头顶部面积是2.0mm2,底部面积是2.0cm2,若乘客敲击力是50N,则破窗锤对车窗的最大压强是 Pa。
【答案】增大;2.5×107。
【解析】(1)在压力一定时,减小逃生锤和玻璃的受力面积,可以增大逃生锤对玻璃的压强,以便打破玻璃顺利逃生;
(2)当受力面积为S=2.0mm2=2×10﹣6m2时,压强最大,最大压强为:
p===2.5×107Pa。
【例题3】(2021贵州黔东南州)黔东南州2021年高考期间,各县市开展了“爱心助考车”活动,考生出示高考准考证或相关证件可免费乘车。如图所示,是一考生下车前往考点的情景。若该“爱心助考车”整车质量为1.5t,四轮与地面接触总面积为120cm2。该车以54km/h的平均速度行驶,从考生上车地点到下车地点用了9min。(取g=10N/kg),求;
(1)从考生上车地点到下车地点,“爱心助考车”行驶的路程是多少?
(2)该“爱心助考车”空车静止在水平路面上时,对水平路面的压强是多少?
【答案】(1)8.1km;(2)106Pa
【解析】(1)车行驶的时间为
t=9min=0.15h
“爱心助考车”行驶的路程为
s=t=54km/h×015h=8.1km
“爱心助考车”行驶的路程是8.1km。
(2)车的质量为
m=1.5t=1500kg
车对地面的压力为
F=G=mg=1500kg×10N/kg=15000N
地面的受力面积为
S=120cm2=0.012m2
该爱心助考车静止时对水平地面的压强为
p===1.25×106Pa
即“爱心助考车”空车静止在水平路面上时,对水平路面的压强为1.25×106Pa。
考点三:液体压强
1.产生原因:液体受到重力作用且有流动性。
2.测量仪器:压强计。使用压强计可以探究液体内部压强特点。
液体内部压强的计算公式:P=ρ液gh
3.液体内部压强的特点:(1)液体内部向各个方向都有压强;(2)在液体内同一深度液体向各个方向的压强大小相等;(3)液体内部的压强随深度的增加而增大;(4)液体内部压强跟液体密度有关,在同一深度处,液体越大,压强越大。
4.应用——连通器
(1)定义:上端开口、下端连通的容器。
(2)原理:如果只装一种液体,那么液体静止时连通器各部分液面总是相平的。
【例题4】(2021广西贵港)据央广网报道,2021年3月31日18:00,当日最后一艘满载货物的船舶驶向粤港澳大湾区,标志着位于广西桂平市的大藤峡船闸试通航满一年。这不仅加速推进了航道改造升级,也带动了相关产业的高质量发展。船闸应用了________原理。2020年9月6日18时许,经过综合调度,建设中的广西大藤峡水利枢纽工程水库水位首次达到52米高程,这是大藤峡工程全面完工前允许运行的最高水位,此时水对坝底的压强为________Pa。(g取10N/kg, ρ =1.0×103kg/m3)
【答案】 连通器;5.2×105
【解析】求解液体内部的压强,利用公式p=ρgh,其中ρ是液体的密度,h是深度;连通器的特点是内部液面始终在同一水平面上,与摆放位置无关,例如水壶、船闸等。
船闸是底部连通,静止时,上部分的液面相平的原理工作的,故运用的是连通器原理。
此时水对坝底的压强为 p=ρgℎ=1×103kg/m3×10N/kg×52m=5.2×105Pa
水对坝底的压强为5.2×105。
【例题5】(2020四川甘孜州)如图所示,茶壶的壶嘴与壶身构成连通器,若茶壶中水深8cm,则水对壶底的压强是__________Pa (g取10Nkg); 若将茶壶略微倾斜、水不溢出且保持静止后,壶嘴和壶身中水面__________(选填 “相平”或“不相平”)。
【答案】 (1)800 (2)相平
【解析】(1)水对壶底的压强为
(2)根据连通器的原理知,当连通器中液体静止时,液面总保持相平,故茶壶略微倾斜、水不溢出且保持静止后,壶嘴和壶身中水面相平。
考点四:大气压强
1.产生原因:气体具有流动性,受重力作用。
2.变化特点:(1)随高度增加而减小。(2)同一位置大气压随天气变化而不断变化。
3.液体沸点与大气压的关系:一切液体的沸点都随气压减小时降低,气压增大时升高,同种液体的沸点不是固定不变的。我们通常说的沸点是指在1个标准大气压下。
4.大气压的测量
(1)测量实验:托里拆利实验。
(2)测量仪器:气压计。
(3)标准大气压值:P=1.013×105Pa,相当于76cm高的水银柱产生的压强。
【例题6】(2021齐齐哈尔)日常生活中有很多现象都与我们学习过的物理知识有关。下列说法正确的是( )
A. 自行车前后轮安装在滚动轴承上,可以增大摩擦
B. 投掷出去的铅球在空中飞行的过程中,运动员对铅球做了功
C. 短跑运动员在到达终点后不会立即停下来,是因为受到惯性的作用
D. 高压锅是利用液体的沸点随液面上方气压增大而升高的原理工作的
【答案】D
【解析】A.前后轮安装在滚动轴承上,通过变滑动摩擦为滚动摩擦来减小摩擦,故A错误;
B.做功包括两个必要因素:作用在物体上的力;物体在力的作用下通过的距离;铅球空中飞行是由于惯性,只有距离,没有力。故这种情况没有做功,故B错误;
C.短跑运动员在到达终点后不会立即停下来,是由于运动员具有惯性,惯性是一种性质,不能说受到惯性的作用,故C错误;
D.高压锅的密封性强,使用时增大气压,提高水的沸点,食物在高温下,短时间内容易熟,故D正确。
考点五:流体压强与流速的关系
1.流体:我们把能够流动的物体叫做流体。例如空气。
2.关系:流体在流速大的地方压强小,流速小的地方压强大。
3.升力:当气流迎面流过机翼时,在相同的时间内上方气流经过的路程大于下方气流的路程,因此上方气流流速较大,压强较小;下方气流流速较小,压强较大,机翼上、下表面存在压强差,这就产生了向上的升力。
注意:如果机翼的前缘稍向上仰,跟气流的方向成一个小的仰角,则机翼上、下方的压强差比机翼跟气流方向平行时还要大,因此产生的升力也较大。例如,飞机起飞时,将机翼的前缘稍向上仰。
【例题7】(2021甘肃威武)我国国产大飞机鲲龙AG600,是目前全球在研的最大的水陆两栖飞机,我国拥有所有核心技术完全知识产权,该机于2021年3月4日完成灭火任务系统首次科研试飞。AC600可以通过在水面20秒的滑行,一次汲水12吨,汲水后飞机在空中匀速直线飞行时,向上的升力________飞机总共的重力;飞行时机翼上方受到空气的压力________下方受到空气的压力(两空均选填“大于”、“小于”或“等于”)。
【答案】 等于;小于
【解析】该题目考查的是流体压强与流速的关系,流速大的地方压强小,流速小的地方压强大。
汲水后飞机在空中匀速直线飞行时,则不论是在水平方向还是竖直方向上,升力等于飞机所受的总重力,故填等于。 由于飞机上方的空气流速大于下方,故机翼上方的压强小于下方压强,机翼上浮的压力小于飞机下方的压力。
【例题8】(2020四川甘孜州)小海和同学们参加研学旅行,汽车在公路上快速行驶时,小海发现窗帘从打开的窗户向外飘,这是因为窗外的空气流速较大,压强_______( 选填“较大”或“较小");车行驶到山顶时,他发现密封的零食包装袋鼓起来了,这是因为山顶上的大气压比山脚下的大气压_______( 选填“大”或“小”)造成的。
【答案】 (1)较小 (2)小
【解析】(1)小海发现窗帘从打开的窗户向外飘,这是因为窗外的空气流速较大,压强较小,车内空气流速小,压强大。(2)大气压随高度的增加而减小,故密封的零食包装袋鼓起来了,这是因为山顶上的大气压比山脚下的大气压小造成的。
《压强》单元综合素养精准达标模拟检测试卷
(答题时间90分钟,试卷满分100分)
一、选择题(本大题有12个小题,每小题2分,共24分)
1.(2021青海)如图所示,将质量相等的水,分别倒入放在水平桌面上的两个形状不同、底面积相等的容器中,则水对容器底部产生的压强和压力正确的是( )
A. p甲>p乙 F甲>F乙 B. p甲 C. p甲>p乙 F甲=F乙 D. p甲=p乙 F甲=F乙
【答案】B
【解析】水对容器底的压力由容器底正上方的那一段水柱产生,甲容器底受到的压力小于容器中水的重力,乙容器底受到的压力大于容器中水的重力,然而两容器中水的质量相等,重力,所以容器中水的重力也相等,所以甲容器底受到的水的压力小于乙容器底受到的水的压力。容器底受到的压强,两容器底面积相同,甲容器底受到的压力小,所以水对甲容器底的压强小于水对乙容器底的压强。故ACD错误,B正确。
2.(2021北京)甲、乙两支完全相同的试管,分别装有质量相等的液体。甲试管内液体的密度为ρ甲,乙试管内液体的密度为ρ乙。将两支试管放置在同一水平桌面上,甲试管竖直,乙试管倾斜,静止时,两试管内液体相平,液面距离桌面的高度为h,如图所示,液体对甲、乙两试管底的压强分别为p甲和p乙,则下列判断中正确的是( )
A.ρ甲<ρ乙,p甲<p乙 B.ρ甲<ρ乙,p甲=p乙
C.ρ甲>ρ乙,p甲>p乙 D.ρ甲>ρ乙,p甲=p乙
【答案】C
【解析】甲乙两种放置方法,V甲<V乙,由液体质量相同,由ρ=可得液体的密度关系,又因为h相同,根据液体压强公式p=ρgh分析。
由图可知,甲容器中的液体体积要比乙容器小,因液体质量相同,由ρ=可得甲液体的密度比乙液体密度大,即ρ甲>ρ乙;
又因为两试管中液面等高,所以由液体压强公式p=ρgh可知,p甲>p乙,故C正确。
【点评】根据图中所装液体情形和质量相等找出液体密度关系是本题关键;利用控制变量法作定性分析。
3.(2021广西贵港)如图所示,质量为10kg,底面积为500cm2的圆柱体A放在水平面上。一薄壁圆柱形容器B也置于水平面上,该容器足够高,底面积为200cm2 , 内盛有8kg的水。若将一物体M分别放在圆柱体A上表面的中央和浸没在容器B的水中时,圆柱体A对水平面的压强变化量和水对容器B底部压强的变化量相等(g取10N/kg,ρ水=1.0×103kg/m3),则( )
A. 未放上物体M时,圆柱体A对水平地面的压强为2×105Pa
B. 容器B内水的体积为0.08m3
C. 物体M的密度为2.5×103kg/m3
D. 物体M未放入容器B时,容器B底部受到的水的压强为4×104Pa
【答案】 C
【解析】结合物体的质量,利用公式G=mg求解物体的重力。处在水平面上的物体,物体对桌面的压力等于重力,结合压强的定义式p=FS求解物体产生的压强,其中F是压力,S是受力面积;求解液体内部的压强,利用公式p=ρgh,其中ρ是液体的密度,h是深度。
A.未放上物体M时,圆柱体A对水平地面的压强为 p=FS=10kg×10N/kg500×10−4m2=5000Pa
A不符合题意;
B.容器B内水的体积为 V=mρ=8kg1×103kg/m3=0.008m3
B不符合题意;
C.圆柱体A对水平面的压强变化量和水对容器B底部压强的变化量相等,当物块M放在圆柱体上时,增加的压强为 p=mMgSA
而将M浸没在水中,水对容器B底部压强的变化量即为浮力所产生的压强,故压强的变化量为
p=ρ水gVSB
两式相等,经整理可得
ρ=ρ水SASB=1×103kg/m3×500cm2200cm2=2.5×103kg/m3
C符合题意;
D.物体M未放入容器B时,容器B底部受到的水的压强为 p=FS=8kg×10N/kg200×10−4m2=4000Pa
D不符合题意。
4.(2021哈尔滨)下列说法不正确的是( )
A. 甲图:手捏笔囊松手后,墨水被“吸”入钢笔利用了大气压强
B. 乙图:沿纸条上方吹气,纸条飞起是因为在气体流速大的地方压强大
C. 丙图:随着不断倒入液体,液体对橡皮膜的压强越来越大
D. 丁图:用手轻压笔的同时笔对手也有力的作用
【答案】B
【解析】A.手捏笔囊松手后,笔囊内的气压小于外界大气压,墨水在大气压作用下被压入笔囊,故A正确,不符合题意;
B.沿纸条上方吹气,纸条上方的气流速度大、压强小,下方的气流速度小、压强大,所以纸条受到向上的压强差而飞起,故B错误,符合题意;
C.随着不断倒入液体,橡皮膜所处液体的深度增大,故液体对橡皮膜的压强越来越大,故C正确,不符合题意;
D.由于物体间力的作用是相互的,用手轻压笔的同时笔对手也有力的作用,故D正确,不符合题意。
5.(2021黑牡鸡朝鲜族)下列器材或装置中,不是利用连通器原理进行工作的是 ( )
A. 喷水枪 B. 船闸 C. 锅炉水位计 D. 茶壶
【答案】A
【解析】喷水枪是利用压缩气体增大压强的原理制成的,无论结构还是原理都不符合连通器;茶壶、船闸、锅炉水位计都属于连通器。
6.(2021青海)在如图所示的四个实验装置中,能用来探究流体压强与流速关系的是( )
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】A.如图所示的装置,当风从该装置吹过时,其上下表面空气流动速度不同,导致其上下表面产生压强差,使该装置受到向上的力的作用,该力可以通过测力计指针的偏转来反映,所以该装置可以用来探究流体压强与流速关系,故A符合题意;
B.该装置是用弹簧测力计测量物体的重力,故B不符合题意;
C.该装置是托里拆利实验装置,用来测量大气压的值,故C不符合题意;
D.该装置是用密度计测量液体密度,故D不符合题意。
7.(2021河北)图所示能够说明流体压强与流速关系的是( )
A. 拦河坝设计成上窄下宽
B. 向下吹气,乒乓球不下落
C. 用吸盘搬运玻璃
D. 站在安全线以外候车
【答案】BD
【解析】A.因为液体的压强随深度的增加而增大,拦河坝设计成上窄下宽,会更好的保护拦河坝,故A不符合题意;
B.用漏斗向下吹气,乒乓球不落下,漏斗上方的空气流动速度变大,压强变小,故B符合题意;
C.用吸盘搬运玻璃,在使用吸盘时,吸盘内的空气会被抽出,大气压能把吸盘紧紧的压在玻璃上,故C不符合题意;
D.列车在行驶时,周围的空气流动速度变大,压强会变小,为了保护候车乘客的安全,需要站在安全线以外候车,故D符合题意。
8.(2020四川自贡市)如图所示,一辆轿车在平直公路上高速行驶时,其上、下表面相比较( )
A. 轿车上表面空气流速小压强大 B. 轿车上表面空气流速大压强小
C. 轿车下表面空气流速小压强小 D. 轿车下表面空气流速大压强大
【答案】B
【解析】轿车的形状为上凸下平,在平直公路上高速行驶时,轿车上方空气流速大、压强小,下方空气流速小、压强大。
9.(2020齐齐哈尔)如图的实例中,属于减小压强的是( )
A.汽车座椅安全带制作得很宽 B.破窗锤的敲击端做成锥状
C.挖掘机用宽大履带来支撑 D.铁轨下面铺放枕木
【答案】ACD
【解析】A.汽车座椅安全带制作得很宽,是在压力一定时,通过增大受力面积来减小压强,故A正确;
B.破窗锤的敲击端做成锥状,是在压力一定时,通过减小受力面积来增大压强,故B错误;
C.挖掘机用宽大履带,是在压力一定时,通过增大受力面积来减小压强,故C正确;
D.铁轨下面铺放枕木,是在压力一定时,通过增大受力面积来减小压强,故D正确。
10.下列现象不能用流体压强与流速的关系来解释的是( )
甲 乙 丙 丁
A.图甲所示向两张纸中间吹气,纸张向中间靠拢
B.图乙所示装有液体的玻璃管,底部和侧壁的橡皮膜往外凸起
C.图丙所示地铁站台边,人必须站在黄色以外的区域候车
D.图丁所示飞机升力的产生原因
【答案】B
【解析】A.图甲所示向两张纸中间吹气,纸张向中间靠拢,流体流速大的地方压强小;
B.图乙所示装有液体的玻璃管,底部和侧壁的橡皮膜往外凸起,液体对容器底部和侧壁都有压强;
C.图丙所示地铁站台边,人必须站在黄色以外的区域候车,流体流速大的地方压强小;
D.图丁所示飞机升力的产生原因,流体流速大的地方压强小。
11.(2019湖南郴州)如图,将一根玻璃管制成粗细不同的两段,管的下方与一个装有部分水的连通器相通。当从管的一端吹气时,连通器两端A、B液面高度变化情况正确的是( )
A.A液面上升 B.A液面下降
C.B液面下降 D.A、B液面高度均不变
【答案】B
【解析】气体在流速小的地方压强大,在流速大的地方压强小,
从管的一端吹气时,粗细两管中的空气流量是相同的,粗管中的空气流速小、压强大,细管中的空气流速大、压强小,则A液面上方的气体压强大,B液面上方的气体压强小,所以会造成A液面下降,B液面上升。
12.(2019苏州)下面的四幅图中,有一幅图和其它三幅图说明的物理学道理不一样,这个不一样的情境图应该是( )
A.增加书包背带的宽度 B.铁轨铺在路枕上 C. 用切蛋器切熟鸡蛋 D.快速抽出水杯下纸条
【答案】D
【解析】A. 增加书包背带的宽度,压力一定,增加书包背带的宽度减小压强;
B.铁轨铺在一根根枕木上是在压力一定时采用增大地面的受力面积的方法来减小铁轨对路基的压强。
C. 用切蛋器切熟鸡蛋,是增大压强的实例;
D.快速抽出水杯下纸条,水杯没有跟随掉下来,说明物体具有惯性。
二、填空题(每空1分,共28分)
1. (2021齐齐哈尔)如图所示,为了倡导绿色出行,某市投放了大量的共享单车,小明在水平路面上匀速骑行900m,所用时间为3min,他骑行时单车的平均速度是______ m/s,若人与车的总质量为70kg,每个轮胎与路面的接触面积约为0.001m2,当他骑行时共享单车对路面的压强是______ Pa。
【答案】5 3.5×105
【解析】(1)在水平路面上匀速骑行900m,所用时间为:t=3min=180s,
则单车的平均速度为:
v=st=900m180s=5m/s;
(2)人和车受到的总重力:
G=mg=70kg×10N/kg=700N;
骑行时,单车对路面的压力:
F=G=700N,
受力面积:S=2×0.001m2=0.002m2,
骑行时,单车对路面的压强:
p=FS=700N0.002m2=3.5×105Pa。
2.(2021贵州黔东南州)预防新冠肺炎的最好办法是接种疫苗。截止6月6日,全州累计完成第1剂次接种超110万剂。保障接种人群按期完成免疫程序,形成免疫屏障,有效阻断疫情传播。如图所示,接种注射器的针头做得很尖,是为了______(选填“增大”或“减小”)压强,便于进行肌肉注射;注射前,医生将注射器活塞推至注射器筒底部,这样做是为了利用______把药液压入注射器内。
【答案】 增大 大气压
【解析】接种注射器的针头做得很尖,在接种时,针头与皮肤的接触面积较小,在压力相同的情况下,根据可知,可以增大压强,便于进行肌肉注射。
注射前要装液体,医生将注射器活塞推至注射器筒底部,然后向后拉活塞,这样注射器筒内的气压较小,外界大气压较大,外界大气压会把药液压入注射器内,即这样做是为了利用大气压把药液压入注射器内。
3.(2021江苏泰州)乘客在动车站台候车时一定要站在警戒线以内,否则动车进站时,乘客易被“吸”向车身而造成伤害事故,这是因为流体的流速越大,压强越________;如图是进站后的动车静止在水平轨道上,此时它受到的重力和_________是一对平衡力。
【答案】 ①. 小 ②. 轨道对车支持力
【解析】[1]动车高速行驶时,动车周围的空气流速大压强小,乘客会被大气压压向动车。
[2]动车静止,竖直方向上车重力和铁轨对车支持力大小相等方向相反,作用在同一直线上,作用在同一物体上,是一对平衡力。
4.(2021内蒙古通辽)用密度为0.4×103kg/m3的泡沫制作长2m、宽1.5m、30cm长方体简易浮桥,浮桥在河水中最大承重为 kg(ρ河水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg),此浮桥空载时分别放到海水和河水中,下表面受到的压强分别为p海和p河,则p海 p河(填“>”“<”或“=”)。
【答案】540;=。
【解析】(1)先求出泡沫的体积,利用ρ=求泡沫的质量,再利用G=mg求其重力,利用阿基米德原理求浮桥受到的最大浮力,浮桥在河水中的最大承重等于最大浮力减去浮桥的自重,再利用G=mg求浮桥在河水中的最大承载质量;
(2)此浮桥空载时分别平放到海水和河水中,受到的浮力相等,都等于浮桥的重力;由于F浮=F下表面﹣F上表面=F下表面,可知浮桥下表面受到的压力相等,由p=可知下表面受到的压强关系。
解:(1)泡沫的体积V泡沫=2m×1.5m×30×10﹣2m=0.9m3,
由ρ=可得,泡沫的质量:
m泡沫=ρ泡沫V泡沫=0.4×103kg/m3×0.9m3=360kg,
泡沫的重力:G泡沫=m泡沫g=360kg×10N/kg=3600N,
即浮桥的重力为3600N,
浮桥受到的最大浮力:F浮最大=ρ水V排g=1×103kg/m3×0.9m3×10N/kg=9000N,
浮桥在河水中的最大承重:G载最大=F浮最大﹣G泡沫=9000N﹣3600N=5400N,
浮桥在河水中的最大承载质量:m载最大===540kg;
(2)此浮桥空载时分别平放到海水和河水中,受到的浮力相等,都等于浮桥的重力;
因为F浮=F下表面﹣F上表面=F下表面,
所以下表面受到的压力相等,由p=可知,下表面受到的压强相等,即p海=p河。
5. (2021江苏扬州)如图,向两个乒乓球中间打气,会看到两个乒乓球______ (填“分开”或“靠近”);用注射器吸入无水酒精,是利用了______ ,再将活塞推至针筒的底端,然后用橡皮帽封住小孔,小孔内还留有少量酒精,沿针筒轴线方向向外拉动活塞一段距离,保持静止,此时,液态酒精消失是______现象,不计活塞与针筒的摩擦以及活塞自重,大气对活塞的压力______拉力(填“大于”“小于”或“等于”)。
【答案】 ①靠近 ②大气压 ③汽化 ④. 大于
【解析】向两个乒乓球中间打气,两个乒乓球中间气流速度变大,由于流体流速越大的位置压强越小,两个乒乓球会受到向内的压强差作用,所以会看到两个乒乓球靠近。
用注射器吸入无水酒精,注射器内的气压小于外界大气压,在大气压作用下,无水酒精被压入注射器内。
再将活塞推至针筒的底端,用橡皮帽封住小孔,此时注射内是密封的,沿针筒轴线方向向外拉动活塞丙保持静止,注射器内气压减小,酒精由液态变为气态,这是酒精汽化的过程。
此时注射器内有酒精蒸气,有一定的气压,不计活塞与针筒的摩擦以及活塞自重,拉力大小等于外界大气对活塞的压力与内部酒精蒸气气压对活塞的压力之差,故大气对活塞的压力大于拉力。
6. (2021广东省)唐代诗人杜甫有诗句“八月秋高风怒号,卷我屋上三重茅”。诗中秋风“卷”走“三重茅”主要是由于屋顶外侧空气相对于屋内空气的流速______ 、压强______ ,从而产生一个向____ 的力。
【答案】大 小 上
【解析】秋风刮过屋顶,屋顶上方的空气流动速度大,压强小;屋内空气流动速度小,压强大,屋顶受到向上的压强大于向下的压强,产生一个向上的压强差和压力差,所以秋风“卷”走屋顶茅草。
7.(2021江苏南京)2021年5月,我国自主设计的“祝融号”火星车成功着陆火星,如图所示,实现了我国航天史上的新突破已知同一物体在火星上的重力是地球上(地球表面g取10N/kg)
(1)火星车依靠太阳能工作,太阳能______(选填“属于”或“不属于”)可再生能源,车的质量为240kg,它从地球上到火星上质量______(选填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)火星车在火星表面静止时,若所有轮子和水平表面的总接触面积为300cm2,则车对火星表面的压强是多少帕______?
【答案】 ①. 属于 ②. 不变 ③.
【解析】(1)[1]太阳能是取之不尽用之不竭的,所以太阳能属于可再生能源。
[2]质量是物体本身的一种属性,和位置无关,车从地球上到火星上质量不变。
(2)[3]火星车对水平面的压力为
车对火星表面的压强为
8.(2020四川乐山市)如图所示,用弹簧测力计挂上飞机机翼模型,再用电风扇对着机翼模型吹风。因为在流体中,流速越大的位置,压强______(选填“越大”、“越小”或“不变”),所以增大风速,弹簧测力计示数______(选填“增大”、“减小”或“不变”)。
【答案】 (1)越小 (2) 减小
【解析】(1)所有流体(包括气体在内)都是流速大的位置,压强小。
(2)当风速增大时,机翼模型受到的向上的升力增大。测力计的读数等于机翼的重力减去机翼受到的升力,而机翼的重力是不变的,所以,测力计读数会减小。
9.(2020天津)生活中做类似的事,从物理学的角度看其目的往往不同。剪刀、斧头用过一段时间要磨一磨,在冰壶运动中,运动员对冰面也要磨一磨(图所示)。前者的“磨”是为了增大______,后者的“磨”是为了减小冰壶与冰面之间的______。
【答案】 (1) 压强 (2) 摩擦
【解析】磨一磨剪刀或斧头是为了减小受力面积,从而增大压强,而冰壶运动中,运动员磨地面是为了增大冰面光滑程度,从而减小摩擦。
10.(2019四川内江)如图所示,有两组同样的砖,A组一块,B组两块。每块砖平放时的长:宽:高为4:2:1.A组砖对地面的压力和压强分别为FA和pA;B组砖对地面的压力和压强分别为FB和pB;则:FA FB,pA pB(选填“>”“=”“<”)
【答案】<;=。
【解析】两组砖对地面的压力均等于其重力,即可F=G,A组一块,B组两块,FA=G
FB=2G,.故FA<FA;
A组砖侧放,则面积为SA=4×1=4;压强pA==,
B组砖平放,则面积为SB=4×2=8;压强pB===,
则pA=pB。
11.(2019湖北荆州)小明在学习了大气压强的知识后,自制了一个如图所示的气压计,瓶中装有适量的水,当他将自制气压计由楼下拿到楼上时发现细玻璃管中液面上升,说明大气压随高度的增加而 。若他将这个瓶子装满水,戴着隔热手套捏瓶子,发现细玻璃管中液面也能上升,说明力能使物体发生形变。他还发现将装满水的瓶子放入热水中,细玻璃管中液面仍能上升,这又成了一支自制温度计,它的工作原理是 ,在此过程中瓶内水的密度将变小。
【答案】减小;液体的热胀冷缩。
【解析】(1)大气压随着高度的增大而减小。
(2)若他将这个瓶子装满水,戴着隔热手套捏瓶子,发现细玻璃管中液面也能上升,隔热手套排除了温度对液体的影响,所以水柱升高是因为瓶子发生了形变造成的。
(3)将装满水的瓶子放入热水中,细玻璃管中液面仍能上升,其原因是液体受热体积膨胀造成的,它的工作原理是液体的热胀冷缩;
瓶内水的质量不变,体积增大,根据密度公式ρ=得知,水的密度变小。
12.(2019四川南充)如图,容器中装有深度为10cm,质量为60g的水,已知容器的质量为30g,底面积为5cm2,容器底部受到水的压强为 Pa,容器对水平桌面的压强是 Pa.(ρ水=1×103kg/m3,g=10N/kg)
【答案】1000;1800。
【解析】(1)水的深度h=10cm=0.1m,
容器底部受到水的压强:
p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.1m=1000Pa;
(2)质量为60g的水,容器的质量为30g,总质量为:
m=60g+30g=90g,
重力为:G=mg=90×10﹣3 kg×10N/kg=0.9N
水平桌面受到容器的压力:F=G=0.9N,
容器对桌面的压强:P=1800Pa。
三、分析简答题(本题有4个小题,每小题各2分,共8分)
1.(2020黑龙江龙东农垦森工)草原犬鼠是大草原常见的小动物,它挖的洞有多个洞口,一些洞口比较平整,一些洞口则由圆锥形土堆围成。这样的结构能改进洞内的通风情况,为什么?
【答案】见解析。
【解析】由于一些洞口比较平整,一些洞口则由圆锥形土堆围成,当风从洞口吹过时,由圆锥形土堆围成
的洞口处空气流速快,压强小,较平整的洞口处空气流速慢,压强大,这样,洞穴内的空气在气压作用下
自然流动,从而改进洞穴内的通风状况。
2.(2019山西)小亮和哥哥在冰面上玩耍时,脚下有“咔嚓咔嚓”的响声,他大声喊:“我这儿的冰要破了”哥哥高声说:“不要慌,趴下,向岸边爬。”在哥哥的指挥下,他安全爬离了冰面。请你运用所学的物理知识,解释小亮爬离冰面化险为夷的道理。
【答案】见解析。
【解析】从减小压强的角度分析解答:减小压强的方法:是在压力一定时,通过增大受力面积来减小压强;是在受力面积一定时,通过减小压力来减小压强。
小亮对冰面的压力一定,等于其自身重力,趴在冰面上时,受力面积增大,根据p=F/S知,对冰面的压强减小,所以小亮能爬离冰面化险为夷。
3.(2022江苏盐城模拟题)物理课堂上,王老师给同学们表演了一个魔术:空碗倒水.魔术揭秘时,同学们发现道具是一个夹层中装有水的双层金属碗,碗沿内外侧各有一个小孔,如图所示.王老师是怎样利用小孔A 控制水是否流出的?请你用相关的物理知识进行解释.
【答案】见解析。
【解析】堵住小孔A,碗倾斜时,A孔下方的气压小于大气压,出水口外为大气压,夹层里的水在内外压强差的作用不会流出;露出小孔A,夹层内外的气压相等,水在重力的作用下流出.本题考查大气压的有关问题,物理学习的过程中,要多注意观察身边的物理现象,尽可能的用我们所学过的知识去试着解释.
4.(2022青海南宁模拟)深圳地区经常会有台风(如图所示),市政府要求居民将简易房的屋顶加固,请你对这一要求进行合理解释。
【答案】刮台风时,由于屋顶上凸,相同时间内,屋顶上方空气经过的路程长,流速大,压强就小,相对而言屋内空气流速小,压强大,所以屋顶受到的向上的压力大于向下的压力,很容易被向上掀起,因此要进行加固。
【解析】利用流体流速与压强的关系分析屋顶上方空气流速大,压强小,屋子内房顶的气体流速小,压强大。再结合压强公式P=F/S得出房顶内外受到压力的大小。这样采取一些措施就不难了。
四、实验题(本道大题有4个小题,共22分)
1.(6分)(2021江苏泰州)小明为探究“影响液体内部压强的因素”,进行了如下实验:
(1)如图甲,小明用手指轻按金属盒上的橡皮膜,如果发现U形管两侧液面发生灵活变化,说明该压强计_________(选填“漏气”或“不漏气”)。
(2)将压强计金属盒的橡皮膜朝上逐渐浸入水中某一深度处,如图乙,则压强计显示的是橡皮膜________(选填“各个方向”、“上方”或“下方”)的水对它的压强。
(3)由乙、丙两图可知:深度相同时,液体的密度_________,压强越大。
【答案】 ①. 不漏气 ②. 上方 ③. 越大
【解析】(1)[1]用手指轻按金属盒上的橡皮膜,如果U形管中的液体能灵活升降,说明能够正确测量压强,说明装置不漏气。
(2)[2]压强计显示的是橡皮膜面的压强,所以是上方的水对它的压强。
(3)[3]由乙、丙两图可知,同一深度,丙密度大,压强计两边液面差大,说明深度相同时,液体的密度越大,压强越大。
2.(5分)(2021甘肃威武)学完大气压之后,老师布置了用带挂钩的塑料吸盘估测大气压的大小的实验,如图甲所示。小刚实验小组现有带挂钩的塑料吸盘、量程为5N的弹簧测力计、玻璃板。
(1)他们设计了如下实验步骤:
A.记录弹簧测力计的示数为F,这就是大气对吸盘的压力
B.小刚将蘸水的塑料挂衣钩的吸盘放在光滑玻璃板上,用力挤压吸盘
C.用弹簧测力计钩着挂钩缓慢向上拉,直至吸盘刚要离开玻璃板
D.测量吸盘与玻璃板接触面的直径d,计算吸盘与玻璃板的接触面积 S=1.0×10−4m2
E.根据 P=FS ,计算出大气压的大小P
你认为合理的实验步骤顺序应该是________(选填“①”或“②”);
①:DBACE ②:BDCAE
(2)排好序后进行实验弹簧测力计拉至最大读数,吸盘仍未脱离玻璃板。若大气压按照约为 1×105Pa 计算,弹簧测力计量程至少要大于________N;
(3)因为没有多余的大量程弹簧测力计,小刚运用其它器材结合所学物理知识设计了如图乙所示方案测量,保持轻杆水平,在吸盘刚要离开玻璃板时,弹簧秤读数是______N,可计算出大气压值为______ Pa ;
(4)他们发现实验结果明显比真实气压值小,其中的原因可能是________。(答1条即可)
【答案】 (1)②(2)10(3)2.6;7.8×105Pa(4)吸盘内的气体没有排干净
【解析】大气压强的测量方法。(1)(2)(3)当吸盘刚好与玻璃板脱离时,此时外界对吸盘的压力等于弹簧测力计对吸盘的拉力,已知大气压对吸盘的压力除以吸盘的面积即为大气压强; (4)为了使实验更精确,应该控制吸盘内没有气体;如果吸盘内进入少量气体,会使得测得的压强减小。
(1)选②,因为缓慢拉动弹簧测力计,直至刚刚脱落时,此时弹簧测力计的示数才是大气压力。
(2)此时的大气压力为 F=pS=1×105Pa×1.0×10−4m2=10N
故弹簧测力计量程至少要大于 10N 。
(3)如图所示,倒着读数,分度值为0.2N,故读数为2.6N,根据杠杆平衡,可以绳子的拉力为 F1=F2L2L1=3×2.6N=7.8N
故此时的大气压力为7.8N,则大气压强为 p=FS=7.8N1.0×10−4m2=7.8×105Pa
故大气压强为 7.8×105Pa 。
(4) 他们发现实验结果明显比真实气压值小,因为吸盘内的空气不可能全部排干净。
3.(4分)(2019甘肃兰州)如图所示,在“探究压力的作用效果与哪些因素有关”的实验中,某同学在透明有机盒内放入一块海绵和砖块进行实验。
(1)实验时,他通过观察 来比较砖块对海绵压力的作用效果,这种试验方法叫做转换法,采用相同实验方法的其他实验还有哪些,请举出一例 。
(2)要探究压力的作用效果与压力大小的关系,应选用图中 两次试验进行比较。
(3)分析比较图中甲、丙两次实验,可以得出的结论是 。
【答案】(1)海绵的凹陷程度;探究动能的大小与哪些因素有关;(2)甲乙;(3)压力相同时,受力面积越小,作用效果越明显。
【解析】(1)实验中,是通过观察海绵的凹陷程度来比较砖块对海绵的压力作用效果的。这种实验方法是转换法;在探究影响动能大小的因素时,通过观察木块被撞击距离的大小来判定动能的大小,采用的也是转换法;
(2)要探究压力的作用效果与压力的关系,要控制受力面积大小相同,只改变压力大小,可选用甲乙两次实验;
(3)分析图甲丙实验,压力相同,丙中受力面积小,压力作用效果明显,可得到结论是:压力相同时,受力面积越小,作用效果越明显。
4.(7分)(2022海南模拟)大气压随高度升高而降低,一登山队测出了几个高度的大气压,如下表所示。
(1)请你根据表中的数据,在图的坐标中作出大气压随高度变化的图像。
(2)根据图像,可以看出大气压随高度变化的数量关系大致为:
(3)当高度为1km时,大气压约为 Pa。当高度为3000km时,已到了大气
层的边缘,此处的大气压约为 Pa。
(4)除了高度,大气压还与什么因素有关?请提出你的一个猜想: 。
(5)水的沸点与大气压强的对照表如下:
①水的沸点与大气压之间的关系是____________。
②在海拔8848米的珠穆朗玛峰顶上,水的沸点大约是________。
【答案】(1)
(2)高度每升高10m,大气压降低100Pa(3)0.9×105。0。(4)天气的变化
(5)①大气压强越大,水的沸点越高。②70
【解析】(1)以高度数据为横坐标,大气压数据为纵坐标,找出对应点,利用描点法把各个点连接起来,就得到大气压随高度变化的图像。
(2)根据图像可以近似看出,高度为0时,大气压约为1.02×105Pa;高度为2000m时,大气压约为0.8×105Pa。高度每升高10m,大气压降低约为
(1.02×105Pa -0.8×105Pa /200)=100Pa
(3)从图像看出,当高度为1km时,大气压约为0.9×105Pa。当高度为3000km时,已到了大气层的边缘,此处的大气压约为0Pa。
(4)天气阴晴、刮风下雨对大气压都有影响。所以天气的变化是一个重要因素。
(5)从数据表格观察得出①水的沸点与大气压之间的关系是大气压强越大,水的沸点越高。
②在海拔8848m=8.848km的珠穆朗玛峰顶上,大气压约为0.35×105Pa。水的沸点大约是70。
五、计算题(本道大题有3个小题,共18分)
1.(6分)(2021浙江丽水)创意改变生活,如图是自带吸管的玻璃杯,杯中装有水,小科用手掌封住杯口,通过玻璃吸管不容易“吸”到水;移开手后,能轻松“吸”到水。请回答:
(1)小科能轻松“吸”到水是利用了______ ;
(2)图中A点的压强______ B点的压强(填“大于”、“等于”或“小于”);
(3)装有水的玻璃杯总质量为0.28千克,放置在水平桌面上,杯底与桌面的接触面积为4平方厘米,此时杯子对桌面的压强为多少?
【答案】(1)大气压;(2)等于;(3)杯子对桌面的压强为7000Pa。
【解析】(1)用吸管从瓶子里吸水时,先把吸管内的部分空气吸走,管内的气压小于外界大气压,水在大气压的作用下被压入吸管,上升到嘴里,所以使水上升到嘴里的力是大气的压力,故所以小科能轻松“吸”到水是利用了大气压;
(2)由图可知,A点的深度等于B点的深度,所以根据p=ρ液gh可知,A点压强等于B点压强;
(3)杯子和水的总重力:G=mg=0.28kg×10N/kg=2.8N;
杯子对桌面的压力:F=G=2.8N,
杯子对桌面的压强:p=FS=2.8N4×10−4m2=7000Pa。
2.(6分)(2020新疆兵团)如图所示,一平底、平口的圆柱形青花瓷笔筒放在水平桌面上,笔筒高度为0.11 m,筒内深度为0.10 m。笔筒开口向上放置时,笔筒对桌面产生的压强为8.1×102 Pa;笔筒开口向下放置时筒对桌面产生的压强为4.05×103 Pa。求:
(1)笔筒内注满水时,水对笔筒底部产生的压强;
(2)笔筒开口向上和开口向下放置时,笔筒与桌面的接触面积之比;
(3)青花瓷笔筒材质的密度。
【答案】(1) 1×103 Pa;(2) 5∶1;(3) 2.7×103 kg/m3
【解析】(1)因为笔筒中水的深度为0.1m,故加强为
(2)由题知,两次压力相等,都等于笔筒的重力,故有
所以
解得
(3)笔筒的质量为
体积为
密度为
3.(6分)(2019安徽省)将底面积S=3×10﹣3m2高h=0.1m的铝制圆柱体,轻轻地放入水槽中,使它静止于水槽底部,如图(圆柱体的底部与水槽的底部不密合),此时槽中水深h1=0.05m(已知ρ铝=2.7×103kg/m3 , ρ水=1.0×103kg/m3 . g取l0N/kg)。求:
(1)水对圆柱体底部的压强p1
(2)圆柱体受到的浮力F浮;
(3)圆柱体对水槽底部的压强p2。
【答案】 (1)水对圆柱体底部的压强 p1=500Pa
(2)圆柱体受到的浮力 F浮=1.5N
(3)圆柱体对水槽底部的压强 p2=2.2×103Pa
【解析】(1)水的深度h1=0.05m,
则水对圆柱体底部的压强:
p1=ρ水gh1=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.05m=500Pa
(2)由图可知,圆柱体浸在水中的体积:
V排=Sh1=3×10﹣3m2×0.05m=1.5×10﹣4m3 ,
根据阿基米德原理可得,圆柱体所受的浮力:
F浮=ρ水V排g=1.0×103kg/m3×1.5×10﹣4m3×10N/kg=1.5N
(3)解:圆柱体的重力:
G铝=m铝g=ρ铝V铝g=ρ铝Shg=2.7×103kg/m3×3×10﹣3m2×0.1m×10N/kg=8.1N;
圆柱体静止于水槽底部,由力的平衡条件可知圆柱体对水槽底部的压力:
F压=G铝﹣F浮=8.1N﹣1.5N=6.6N,
则圆柱体对水槽底部的压强:p=F压/S=2.2×103Pa
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